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• Helianitaa del Rociio

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2 Elementos primarios de medicion Es aquel que detecta el valor de salida o sea es la porción de los medios de medición que primero utiliza o transforma la energía del medio controlado. Los elementos primarios de medición más comunes son: Temperatura

Presión

Flujo

Otras variables

Termómetros bimetálicos. Termómetros de vástago de vidrio. Pirómetros de radiación ópticos. Pirómetros de radiación infrarrojos. Indicadores pirometricos. Termómetros de cristal de cuarzo. Sistemas termales. Termopares. Resistencias eléctricas Tubo Bourdon. Columnas. Sensores electrónicos. Diafragmas. Fuelles. Cápsulas. Campanas Tubo Pifot. Magnético. Turbina. Bomba dosificadora. Tubo venturi. Derramadores Tubo de Dali. Tubo de Gentile. Rotámetro. Annubar. Placa de orificio. Tarjet Remolino Vortex, etc... Nivel (sólidos y líquidos pH Conductividad Cromatógrafos Redox Conductividad térmica Analizador infrarrojo

2.1 Medidores de Presion MEDIDORES DE PRESIÓN El control de la presión en los procesos industriales da condiciones de operación seguras. Cualquier recipiente o tubería posee cierta presión máxima de operación y de seguridad variando este, de acuerdo con el material y la construcción. Las presiones excesivas no solo pueden provocar la destrucción del equipo, si no también puede provocar la destrucción del equipo adyacente y ponen al personal en situaciones peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o corrosivos. Para tales aplicaciones, las lecturas absolutas de gran precisión con frecuencia son tan importantes como lo es la seguridad extrema. Por otro lado, la presión puede llegar a tener efectos directos o indirectos en el valor de las variables del proceso (como la composición de una mezcla en el proceso de destilación). En tales casos, su valor absoluto medio o controlado con precisión de gran importancia ya que afectaría la pureza de los productos poniéndolos fuera de especificación. La presión puede definirse como una fuerza por unidad de área o superficie, en donde para la mayoría de los casos se mide directamente por su equilibrio directamente con otra fuerza, conocidas que puede ser la de una columna liquida un resorte, un embolo cargado con un peso o un diafragma cargado con un resorte o cualquier otro elemento que puede sufrir una deformación cualitativa cuando se le aplica la presión. Precisión Precisión es un termino que describe el grado de libertad de un instrumento de alta precisión, entonces la dispersión de las lecturas será muy pequeña. Unidades y clases de presión La presión es una fuerza por unidad de superficie y puede expresarse en unidades tales como: pascal, bar, atmósferas, kilogramos por centímetro cuadrado y psi (libras por pulgada cuadrada). En el Sistema Internacional (SI) esta normalizada en pascal de acuerdo con las Conferencias Generales de Pesas y Medidas 13 y 14 que tuvieron lugar en Paris en octubre de 1967 y 1971, y según la Recomendación Internacional número 17, ratificada en la III Conferencia General de la Organización Internacional de Metrología Legal.

En la tabla figuran las equivalencias entre estas unidades. En la siguiente figura se pueden ver los tipos de instrumentos y su campo de aplicación.

Clases de Presión (donde se indican las clases de presión absoluta o diferencial que los instrumentos miden comúnmente en la industria). Presión absoluta La presión absoluta mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura). Es la presión de un fluido medido con referencia al vacío perfecto o cero absoluto. La presión absoluta es cero únicamente cuando no existe choque entre las moléculas lo que indica que la proporción de moléculas en estado gaseoso o la velocidad molecular es muy pequeña. Ester termino se creo debido a que la presión atmosférica varia con la altitud y muchas veces los diseños se hacen en otros países a diferentes altitudes sobre el nivel del mar por lo que un termino absoluto unifica criterios. Presión atmosférica La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmósfera estándar. El hecho de estar rodeados por una masa gaseosa (aire), y al tener este aire un peso actuando sobre la tierra, quiere decir que estamos sometidos a una presión (atmosférica), la presión ejercida por la atmósfera de la tierra, tal como se mide normalmente por medio del barómetro (presión barométrica). Al nivel del mar o a las alturas próximas a este, el valor de la presión es cercano a 14.7 lb/plg2 (101,35Kpa), disminuyendo estos valores con la altitud. Presión relativa

La presión relativa es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B` y B'), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas. Presión diferencial La presión diferencial es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D, D' y D"). Viene expresado en mm columna de mercurio, mm columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío. Presión Manométrica Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por medio de un elemento que se define la diferencia entre la presión que es desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante, es evidente que el valor absoluto de la presión puede abstenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a la lectura del manómetro. Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica. Vacío Se refiere a presiones manométricas menores que la atmosférica, que normalmente se miden, mediante los mismos tipos de elementos con que se miden las presiones superiores a la atmosférica, es decir, por diferencia entre el valor desconocido y la presión atmosférica existente. Los valores que corresponden al vacío aumentan al acercarse al cero absoluto y por lo general se expresa a modo de centímetros de mercurio (cmHg), metros de agua, etc. De la misma manera que para las presiones manométricas, las variaciones de la presión atmosférica tienen solo un efecto pequeño en las lecturas del indicador de vacío.

Sin embargo, las variaciones pueden llegar a ser de importancia, que todo el intervalo hasta llegar al cero absoluto solo comprende 760 mmHg. Medida de la presión. Manómetro Para medir la presión empleamos un dispositivo denominado manómetro. Como A y B están a la misma altura la presión en A y en B debe ser la misma. Por una rama la presión en B es debida al gas encerrado en el recipiente. Por la otra rama la presión en A es debida a la presión atmosférica más la presión debida a la diferencia de alturas del líquido manométrico. ghρ p=p0+ Barometro de cubeta Es un ejemple de manometro absoluto. Se compone de un tibo de vdrio de unos 85cms. De longitud cerrado por uno de sus extremos y sumergido por el otro en una cubeta con mercurio, después de haberle llenado de este metal. El mercurio desciende en el tibo hasta qie el peso del aire equilibra el de la comulna de mercurio. Una escala graaduada en limiletro, cuyo 0 (cero) coincide con el nivel del mercurio en la cubeta, sirve para poder darse cuenta delas variaciones de presión y de su valor en milímetros.

Manometro de tubo en U El manometro de tubo en U es el mas simple, esta constituido por un tubo de vidrio, en forma de U, con los extremos abiertos, que contienen un liquido (en general agua o mercurio) hasta casi la mitad Para medir la presión se pone en contacto uno de los tubos con el gas y el ptrp se deja abierto al aire libre (para medir la presión atmosferica), o se ocloca ambos tubos en contac tos con el ga en zona de distinta presión (para medir la presión doferencial). El

desnivel que se produce multiplicando por el peso especifico del liquido contenido, da el valor de presión. Para la lectura de loa niveles en ambas ramas del tubo, se aplica una escala graduada en milímetros

Manometro de tubo inclinado El liquido manométrico suele ser lacohol. Se utiliza para medir con la presicion pequeñas presiones del orden de 250 a 1 500 Pa. La ventaja de este amnometro es la amplificaion que se obtiene en la lectura, “l”, al dividir ∆ h por sen α En efecto. Llamado pamb, pabs y pe a la presión atmosférica, a la presión absoluta y a la presión relativa, respectivamente, se tiene: Pabs= pamb + ρ g∆ h O 0 bien Pe =ρ g∆ h Donde ρ - densidad absoluta del liquido manométrico

Experiencia de Torricelli Para medir la presión atmosférica, Torricelli empleó un tubo largo cerrado por uno de sus extremos, lo llenó de mercurio y le dio la vuelta sobre una vasija de mercurio. El mercurio descendió hasta una altura h = 0.76 m al nivel del mar. Dado que el extremo cerrado del tubo se encuentra casi al vacío p = 0, y sabiendo la densidad del mercurio es 13.55 g /cm3 ó 13550 kg/m3 podemos determinar el valor de la presión atmosférica. Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior TIPOS DE MEDIDORES DE PRESIÓN Los instrumentos para medición de presión pueden ser indicadores, registradores, transmisores y controladores, y pueden clasificarse de acuerdo a lo siguiente: Tipo de Manómetro M. de Ionización

Rango de Operación 0.0001 a 1 x 10-3 mmHg ABS M. de Termopar 1 x 10-3 a 0.05 mmHg M. de Resistencia 1 x 10-3 a 1 mmHg M. Mc. Clau 1 x 10-4 a 10 mmHg M. de Campana Invertida 0 a 7.6 mmH2O M. de Fuelle Abierto 13 a 230 cmH2O M. de Cápsula 2.5 a 250 mmH2O M. de Campana de (LEDOUX) 0 a 5 mts H2O Mercurio M. "U" 0 a 2 Kg/cm2 M. de Fuelle Cerrado 0 a 3 Kg/cm2 M. de Espiral 0 a 300 Kg/cm2 M. de Bourdon tipo "C" 0 a 1,500 Kg/cm2 M. Medidor de esfuerzos 7 a 3,500 Kg/cm2 (stren geigs) M. Helicoidal 0 a 10,000 Kg/cm2 En la tabla figuran las equivalencias entre estas unidades. Dispositivos para medición y regulación de presión:

Manómetro

Presostato

Manómetro helicoidal

Manómetro espiral

Manómetro de fuelle

Manómetro de diafragma

TIPOS DE MEDIDORES DE PRESIÓN El campo de aplicación de los medidores de Presión es amplio y abarca desde valores muy bajos (vacío) hasta presiones de miles de Kg/cm3 . Los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: mecánicos, neumáticos, electromecánicos y electrónicos. 2.1.1 De deformacion mecanica (Bourdon, espiral, hélice) Elementos mecánicos Se dividen en: Elementos primarios de medida directa que miden la presión comparándola con la ejercida por un liquido de densidad y altura conocidas (barómetro de cubeta, manómetro de tubo en U, manómetro de tubo inclinado, manómetro de toro pendular, manómetro de campana).y en elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Los elementos primarios elásticos más empleados son: el tubo Bourdon, el elemento en espiral, el helicoidal, el diafragma y el fuelle. Los materiales normalmente empleados son acero inoxidable, aleación de cobre o níquel o aleaciones especiales como hastelloy y monel. El tubo Bourdon es un tubo de sección elìstica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. AI aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La Iey de deformación del tubo Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.

El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel. El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores. El espiral se forma enrrollando un tubo de Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común. El helicoidal es similar al espiral con la diferencia de que las espiras se encuentran en planos diferentes y paralelos.

2.1.2 De columna hidrostatica COLUMNA HIDROSTÁTICA Convertir una Presión a una columna de líquido El valor de una presión (P) se puede convertir a su equivalente como columna (profundidad) hidrostática (H). La columna en sí representa el peso del volumen del fluido, por lo tanto varía según el peso específico (γ ) del fluido. Se puede calcular usando la siguiente fórmula: Convertir la presión atmosférica a nivel del mar ( 1.03 Kg/Cm2) en columna de agua:

Espejo real y espejo ficticio Espejo real es la superficie libre de un fluido contenido en un recipiente, es decir el nivel más alto del fluido en el recipiente Espejo ficticio es una superficie imaginaria correspondiente a una columna de líquido que se considera arriba del nivel real. Esta superficie ficticia es el resultado de convertir una presión en una columna hidrostática.

Cuando la presión en el espejo real es mayor que cero manométrica: la columna ficticia (hf) se adiciona a la columna real

Cuando la presión en el espejo real es menor que cero manométrica: la columna ficticia (hf) se resta a la columna real

2.1.3 De diafragma DIAFRAGMA El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo mas amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento. El material del diafragma es normalmente aleación de níquel o inconel x. Se utiliza para pequeñas presiones.

FUELLE El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable. Hay que señalar que los elementos de fuelle se caracterizan por su larga duración, demostrada en ensayos en los que han soportado sin deformación alguna millones de ciclos de flexión. El material empleado para el fuelle es usualmente bronce fosforoso y el muelle es tratado térmicamente para mantener fija su constante de fuerza por unidad de compresión. Se emplean para pequeñas presiones.

Se construye de bronce fosforoso

2.1.4 Electronicos

Elementos Electromecánicos Electrónicos Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico. Los elementos electromecánicos de presión se clasifican segun el principio de funcionamiento en los siguientes tipos: Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas: Resistivos. Magnéticos Capacitivos. Extensométricos. Piezoeléctricos. Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas

Transmisor electrónico de equilibrio de fuerzas.

En este instrumento el elemento mecánico de medición (tubo Bourdon, espiral, fuelle...) ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor. Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada excitándose un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o bien un detector fotoeléctrico. Un circuito oscilador asociado con cualquiera de estos detectores alimenta una unidad magnética y la fuerza generada reposiciona la barra de equilibrio de fuerzas. Se completa así un circuito de realimentación variando la corriente de salida en forma proporcional al intervalo de presiones del proceso. En el transmisor de equilibrio de fuerzas con detector fotoeléctrico (anexo 2 c), la barra rígida tiene en su extremo una ventanilla ranurada que interrumpe total o parcialmente un rayo de luz que incide en una cé1ula fotoeléctrica de dos elementos. Esta cé1ula forma parte de un circuito de puente de Wheatstone autoequilibrado y, por lo tanto, cualquier variación de presión que cambie la barra de posición, moverá la ventana ranurada y desequilibrará el puente. La señal diferencial que se produce en los dos elementos de la ce1ula es amplificada y excita un servomotor. Éste, al girar, atornilla una varilla roscada la cual comprime un resorte de realimentación que a su vez aprieta la barra de equilibrio de fuerza con una fuerza tal que compensa la fuerza desarrollada por el elemento de presión. De este modo, el sistema se estabiliza en una nueva posición de equilibrio. Este transmisor dispone de un contador óptico-mecánico acoplado al servomotor que señala los valores de presión en una pantalla exterior. Los transductores electrónicos de equilibrio de fuerzas se caracterizan por tener un movimiento muy pequeño de la barra de equilibrio, poseen realimentación, una elasticidad muy buena y un nivel alto en la señal de salida. Por su constitución mecánica presentan un ajuste del cero y del alcance (span) complicado y un alta sensibilidad a vibraciones y su estabilidad en el tiempo es de media a pobre. Su intervalo de medida corresponde al del elemento mecánico que utilizan (tubo Bourdon, espiral, fuelle, diafragma ... ) y su precisión es del orden de 0,5 - 1 % Transductores resistivos Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento elástico (tubo Bourdon o capsula) que varia la resistencia ohmica de un potenciómetro en función de la presión. El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal o no de resistencia. Existen varios tipos de potenciómetro segun sea el elemento de resistencia: potenciómetros de grafito, de resistencia

bobinada, de pelicula metálica y de plastico moldeado. En la figura 3.1 puede verse un transductor resistivo representativo que consta de un muelle de referencia, el elemento de presión y un potenciómetro de precisión. El muelle de referencia es el corazón del transductor ya que su desviación al comprimirse debe ser unicamente una función de la presión y además debe ser independiente de la temperatura, de la aceleración y de otros factores ambientes externos.

Figura 3.1 Transductor resistivo El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado que se apoya sobre el potenciómetro de precisión. Este esta conectado a un circuito de puente de Wheatstone. Los transductores resistivos son simples y su señal de salida es bastante potente como para proporcionar una corriente de salida suficiente para el funcionamiento de los instrumentos de indicación sin necesidad de amplificación. Sin embargo, son insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor, muy sensibles a vibraciones y presentan una estabilidad pobre en el tiempo. El intervalo de medida de estos transmisores corresponde al elemento de presión que utilizan (tubo Bourdon, fuelle ... ) y varía en general de 0-0,1 a 0-300 kg/cm². La precisión es del orden de 1-2 % Transductores magnéticos Se clasifican en dos grupos según el principio de funcionamiento. a) Transductores de inductancia variable En los que el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta en forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina, de tal modo que, ir penetrando el núcleo móvil dentro de la bobina, la corriente presente en el circuito se va reduciendo por aumentar la fuerza electromotriz de autoinducción.

Figura 3.2 Transductor de inductancia variable. El transformador diferencial estudiado en los transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas es también un transductor de inductancia variable, si bien, en lugar de considerar una sola bobina con un núcleo móvil, se trata de tres bobinas en las que la bobina central o primaria es alimentada con una corriente alterna y el flujo magnético generado induce tensiones en las otras dos bobinas, con la particularidad de que si el núcleo esta en el centro, las dos tensiones son iguales y opuestas y si se desplaza a la derecha o a la izquierda, las tensiones son distintas. Es decir, que el transformador diferencial es más bien un aparato de relación de inductancias. Los transductores de inductancia variable tienen las siguientes ventajas: no producen rozamiento en la medición, tienen una respuesta lineal, son pequeños y de construcción robusta y no precisan ajustes críticos en el montaje. Su precisión del orden de ± 1 %. b) Los transductores de reluctancia variable Consisten en un imán permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético, al cambiar la posición de la armadura varia le reluctancia y por lo tanto el flujo magnetico. Esta variación del flujo da lugar a una corriente inducida en la bobina que es, por tanto, proporcional al grado de desplazamiento de la armadura movil. El circuito magnético se alimenta con una fuerza magnetomotriz constante con lo cual al cambiar la posición de la armadura varía la reluctancia y por lo tanto el flujo magnético.

Transductor de inductancia variable El movimiento de la armadura es pequeño (del orden de un grado como máximo en armaduras giratorias) sin contacto alguno con las partes fijas, por lo cual no existen rozamientos eliminándose la histéresis mecánica típica de otros instrumentos. Los transductores de reluctancia variable presentan una alta sensibilidad a las vibraciones, una estabilidad media en el tiempo y son sensibles a la temperatura. Su precisión es del orden de ± 0,5 %. Ambos tipos de transductores posicionan el núcleo o la armadura móviles con un elemento de presión (tubo Bourdon, espiral ... ) y utilizan circuitos e1éctricos bobinados de puente de inductancias de corriente alterna. Transductores capacitivos Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna. Los transductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición. Son sensibles a las variaciones de temperatura y a las aceleraciones transversales y precisan de un ajuste de los circuitos oscilantes y de los puentes de c.a. a los que están acoplados.

Transductor capacitivo Su intervalo de medida es relativamente amplio, entre 0,05-5 a 0,5600 bar y su precisión es del orden de ± 0,2 a ± 0,5 %.

2.2 Medidores de Flujo MEDIDORES DE FLUJO El flujo es una de las dos variables de proceso que se miden más frecuentemente, la otra es la temperatura. En consecuencia, se han desarrollado muchos tipos de sensores de flujo. Siempre que se trabaja con un fluido , existe la necesidad de realizar un conteo de la cantidad que se transporta, para lo cual utilizamos medidores de flujo. Medidor de flujo: es un dispositivo montado en la línea de proceso, el cual proporciona una lectura continua de la velocidad de flujo en la línea Algunos de ellos miden la velocidad de flujo de manera directa y otros miden la velocidad promedio, y aplicando la Ecuación de continuidad y la de energía se calcula la velocidad

2.2.1 Tipo turbina MEDIDOR DE TURBINA

2.2.2 Placa orificio Medidor: placa – orificio Este es el tipo de restricción más usado. Tiene la forma de una placa circular, insertada en la tubería entre dos bridas, en la cual se hace un orificio con las dimensiones que

indique el calculo. El material del orificio debe resistir la corrosión química y mecánica del fluido. Se usan mucho los diversos tipos de acero inoxidable.

Placa de orificio La placa de orificio o diafragma consiste en una placa perforada que se instala en la tubería, el orificio que posee es una abertura cilíndrica o prismática a través de la cual fluye el fluido. El orificio es normalizado (ISO 51671980), la característica de este borde es que el chorro que éste genera no toca en su salida de nuevo la pared del orificio. El caudal se puede determinar por medio de las lecturas de presión diferenciales. Dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa captan esta presión diferencial, la cual es proporcional al cuadrado del caudal. La disposición de las tomas se pueden observar con más claridad en la Figura. Disposición de las tomas de presión diferencial

Tomas en la brida (flange taps) (figura a). Es bastante utilizada por que su instalación es cómoda ya que las tomas están taladradas en las bridas que soportan la placa y situadas a 1” de distancia de la misma. Tomas en la vena contraída (vena contracta taps) (figura b). La toma posterior esta situada en un punto donde la vena alcanza su diámetro

mas pequeño, lo cual depende de la razón de diámetros y se presenta aproximadamente a ½ diámetro de la tubería. La toma anterior esta situada a un diámetro de la tubería. Tomas radiales (radius taps). Son parecidas a las tomas de vena contraída, pero fijando siempre las tomas anterior y posterior a 1 y ½ diámetros de la tubería, respectivamente. Tomas en la cámara anular (corner taps) (figura c). Las tomas están situadas inmediatamente antes y después del diafragma y requieren el empelo de una cámara anular especial. Se emplean mucho en Europa. Tomas en la tubería (pipe taps). (figura d). Las tomas anterior y posterior están situadas a 2 ½ y 8 diámetros, respectivamente. Se emplean cuando se desea aumentar el intervalo de medida de un medidor de caudal dado. La situación de las tomas está en un lugar menos sensible a la medida. El orificio de la placa, como se muestra en la figura siguiente, puede ser: concéntrico, excéntrico y segmentado. Placa de orificio

La placa concéntrica sirve para líquidos. La excéntrica para los gases donde los cambios de presión implican condensación. Cuando los fluidos contienen un alto porcentaje de gases disueltos. Segmentada, partículas en suspensión implican turbulencias que limpiarán (para que no se aglomeren partículas) el lado de alta presión evitando errores en la medición. Con el fin de evitar arrastres de sólidos o gases que pueda llevar el fluido, la placa incorpora un orificio de purga como se menciona anteriormente. Entre los diversos perfiles de orificio que se utilizan, según se muestra en la figura siguiente, se pueden destacar los siguientes: de cantos vivos, de cuarto de círculo y de entrada cónica.

La precisión obtenida con la placa de orificio es del orden de ±1 a ± 2 %. Orificios de purga

ECUACIÓN DE UNA PLACA DE ORIFICIO

Orificio de orilla recta:

2.2.3 Medidor magnetico FLUXOMETRO ELECTROMAGNÉTICO

Su principio de medida esta basado en la Ley de Faraday, la cual expresa que al pasar un fluido conductivo a través de un campo magnético, se produce una fuerza electromagnética (F.E.M.), directamente proporcional a la velocidad del mismo, de donde se puede deducir también el caudal. Está formado por un tubo, revestido interiormente con material aislante. Sobre dos puntos diametralmente opuestos de la superficie interna se colocan dos electrodos metálicos, entre los cuales se genera la señal eléctrica de medida. En la parte externa se colocan los dispositivos para generar el campo magnético, y todo se recubre de una protección externa, con diversos grados de seguridad. El flujo completamente sin obstrucciones es una de las ventajas de este medidor. El fluido debe ser ligeramente conductor debido a que el medidor opera bajo el principio de que cuando un conductor en movimiento corta un campo magnético, se induce un voltaje. Los componentes principales incluyen un tubo con un material no conductor, dos bobinas electromagnéticas y dos electrodos, alejados uno del otro, montados a 180° en la pared del tubo. Los electrodos detectan el voltaje generado en el fluido. Puesto que le voltaje generado es directamente proporcional a la velocidad del fluido, una mayor velocidad de flujo genera un voltaje mayor. Su salida es completamente independiente

de la temperatura, viscosidad, gravedad específica o turbulencia. Los tamaños existentes en el mercado van desde 5 mm hasta varios metros de diámetro.

Medidor tipo cono Como se ha visto, cuando un área transversal de un conducto cerrado (o tubo) se reduce por un cambio en el diámetro o por el uso del elemento que produce la presión diferencial, la velocidad de los fluidos que pasan por el conducto se incrementa en el área de las paredes (ecuación de continuidad). La presión disminuye (ecuación de Bernoulli) y se genera una presión diferencial a lo largo de la reducción o el elemento. La presión diferencial (DP, por sus siglas en inglés) y la velocidad de flujo (Qv) mantienen una relación proporcional tal que ρ / P K Qv Δ . . y es por esta relación universal que se puede determinar la velocidad de flujo. Medidor tipo cono

Mientras que otros medidores de flujo por diferencia de presión se basan en este principio, el Medidor Tipo Cono genera una presión diferencial creando una reducción de área mediante un elemento de flujo de forma cónica ubicado en la línea central de la sección transversal de un tubo, lo cual difiere de la reducción que se logra mediante un orificio o pared de tubería de menor diámetro. Las ecuaciones de flujo de presión diferencial para todos los elementos de flujo tipo cono son las siguientes: Cociente de área efectiva ( At ), Cociente Beta (β) y velocidad de aproximación (E), expresado como:

El Medidor Tipo Cono brinda niveles de precisión de hasta ± 0.5% de la lectura (número de Reynolds y según el fluido) con una repetibilidad nominal de 0.1% bajo diversas condiciones y modos de funcionamiento. El medidor puede funcionar con reducciones de caudal de hasta 10-1. Estas especificaciones cumplen con los requerimientos de rendimiento para la transferencia de custodia en las mediciones de transmisión de gas con volúmenes de hasta 36 pulgadas. ELEMENTOS DEPRIMÓGENOS Deprimógeno: Se denomina así al elemento primario cuya instalación produce una diferencia de presiones (pérdida de carga), que se vincula con el caudal que circula, en una relación determinable. Los elementos deprimógenos más usados son: • Tubo Venturi • Tubo Pitot / Annubar • Boquilla / Codo • Cuña • Placa orificio FACTORES PARA LA ELECCIÓN DEL TIPO DE MEDIDOR DE FLUIDO       

Intervalo de medición Exactitud requerida Pérdida de presión Tipo de fluido Tipo de medición Calibración Medio ambiente



Lugar de ubicación

2.2.4 Tubo Venturi TUBO DE VÉNTURI Tubo Vénturi, donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo.

Este consta en sus extremos de dos entradas en las cuales existe una boquilla, el fluido pasa por la boquilla, generalmente se hace de una sola pieza fundida y tiene específicamente los siguientes elementos: • Una sección aguas arriba, de igual diámetro que la tubería y provista de un anillo de bronce con una serie de aberturas piezométricas para medir la presión estática en esa sección. • Una sección cónica convergente; una garganta cilíndrica provista también de un anillo piezométrico de bronce. • Una sección cónica con una divergencia gradual hasta alcanzar el diámetro original de la tubería. Los anillos piezométricos se conectan a uno y otro extremo, respectivamente, de un manómetro diferencial. El tamaño del tubo de Venturi se especifica mediante el diámetro de la tubería en la cual se va a utilizar y el diámetro de la garganta; por ejemplo, un tubo de Venturi de 6" x 4" se ajusta a una tubería de 6" y tiene una garganta de 4" de diámetro. Para que se obtengan resultados precisos, el tubo de Venturi debe estar precedido por una longitud de al menos 10 veces el diámetro de la tubería. Al escurrir el fluido de la tubería a la garganta, la velocidad aumenta notablemente y, en consecuencia, la presión disminuye; el gasto transportado por la tubería en el caso de un flujo incompresible, está en función de la lectura en el manómetro. El tubo Venturi tiene distintas aplicaciones, se utiliza en los motores como parte importante de los carburadores, se utiliza en sistemas de propulsión. Otras características: • Se utiliza cuando es importante limitar la caída de presión.

• Consiste en un estrechamiento gradual cónico y una descarga con salida también suave. • Se usa para fluidos sucios y ligeramente contaminados. El tubo Venturi permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa de orificio en las mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10 a 20% de la presión diferencial. Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje relativamente grande de sólidos, si bien, lo sólidos abrasivos influyen en su forma afectando la exactitud de la medida. El coste del tubo Venturi es elevado, del orden de 20 veces el de un diafragma y su precisión es del orden de ± 0.75%.

Desventajas: Es costoso Ventajas: La pérdida permanente de presión es mucho menor que la que ocasionan el orificio y la tobera.

2.2.5 Anubar

El tubo Annubar

Es una innovación del tubo Pitot y consta de dos tubos, el de presión total y el de presión estática. El tubo que mide la presión total esta situado a lo largo de un diámetro transversal de la tubería y consta de varios orificios de posición critica determinada por computador, que cubren cada uno la presión total en un anillo de área transversal de la tubería. Estos anillos tienen áreas iguales. En tuberías de tamaño mayor que 1” se dispone en el interior del tubo otro que promedia las presiones obtenidas en los orificios. El tubo que mide la presión estática se encuentra detrás del de presión total con su orificio en el centro de la tubería y aguas debajo de la misma. El tubo Annubar es de mayor precisión que el tubo Pitot, del orden de 1%, tiene una baja pérdida de carga y se emplea para la medida de pequeños o grandes caudales de líquidos y de gases. ANNUBAR Un Annubar consiste de varios tubos Pilot ubicados a través de la cañería para proveer una aproximación al perfil de velocidad. El caudal total puede determinarse a partir de esas múltiples mediciones. El tubo Pitot y el Annubar aportan caídas de presión muy bajas, pero no son físicamente resistentes y solamente pueden ser usados con líquidos claros.

2.2.6 Pitot 2.4.1 TUBO PITOT

El tubo Pitot mide la presión estática y la presión dinámica del fluido en un punto de la cañería. El caudal puede determinarse a partir de la diferencia entre ambas presiones. Cuando un fluido en movimiento es obligado a pararse debido a que se encuentra un objeto estacionario, se genera una presión mayor que la presión de la corriente del fluido. La magnitud de esta presión incrementada se relaciona con la velocidad del fluido en movimiento. El tubo pitot es un tubo hueco puesto de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna del fluido. El fluido en o dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de estancamiento. Utilizando la ecuación de la energía para relacionar la presión en el punto de estancamiento con la velocidad de fluido: si el punto 1 está en la corriente quieta delante del tubo y el punto s está en el punto de estancamiento, entonces, p1 = presión estática en la corriente de fluido principal p1/g = cabeza de presión estática p1 = presión de estancamiento o presión total ps/ g = cabeza de presión total v1²/ 2g = cabeza de presión de velocidad Solo se requiere la diferencia entre la presión estática y la presión de estancamiento para calcular la velocidad, que en forma simultánea se mide con el tubo pitot estático.

Tubo Pitot El tubo Pitot mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión dinámica, la cual es proporcional al cuadrado de la velocidad. El tubo de Pitot es quizá la forma más antigua de medir la presión diferencial y también de conocer la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. Consiste en un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del

sentido de la corriente del fluido. La velocidad del fluido en la entrada del tubo se hace nula, al ser un punto de estancamiento, convirtiendo su energía cinética en energía de presión, lo que da lugar a un aumento de presión dentro del tubo de Pitot. Figura 49 Tubo Pitot

Los tubos de Pitot son instrumentos sencillos, económicos y disponibles en un amplio margen de tamaños. Si se utilizan adecuadamente pueden conseguirse precisiones moderadas y, aunque su uso habitual sea para la medida de la velocidad del aire, se usan también, con la ayuda de una técnica de integración, para indicar el caudal total en grandes conductos y, prácticamente, con cualquier fluido. Entre las características principales del tubo Pitot encontramos: • Mide la velocidad en un punto. • Sus ventajas son la escasa caída de presión y bajo precio, siendo por ello una buena elección para tuberías de gran diámetro y para gases limpios. • Consiste en un tubo de pequeño diámetro que se opone al flujo, con lo que la velocidad en su extremo mojado es nula. La forma en que funciona el tubo de Pitot puede describirse así (Figura 50), el orificio del tubo de Pitot toma la presión total y la conduce a la conexión en la sonda de presión. La presión estática pura se toma desde una parte lateral y se conduce a la conexión. La presión diferencial resultante es una presión dinámica que depende de la velocidad y que es analizada e indicada. Figura 50 Funcionamiento del tubo Pitot

De la figura 50 obtenemos la ecuación correspondiente al tubo Pitot:

En la que: P2 = presión de impacto total absoluta en el punto donde el líquido anula su velocidad; P1 = presión estática absoluta en el fluido; ρ = densidad; V1 = velocidad del fluido en el eje de impacto. El tubo Pitot es sensible a las variaciones en la distribución de velocidades en la sección de la tubería, de aquí que en su empleo es esencial que el flujo sea laminar disponiéndolo en un tramo recto de tubería. La máxima exactitud en la medida se consigue efectuando varias medidas en puntos determinados y promediando las raíces cuadradas de las velocidades medidas. Su precisión es del orden de 1.5 a 4%, y se emplea normalmente para la medición de grandes caudales de fluidos limpios con una baja caida de presión.

2.2.7 Ultrasonido Medidores d e Ultrasonido Estos medidores utilizan emisores y receptores de ultrasonido situados ya sea dentro o fuera de la tubería, son buenos para medir líquidos altamente contaminados o corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubería. Los medidores tienen una exactitud de ±0,5% a ± 5% y una variabilidad del rango entre 20:1 a 75:1 con escala lineal.

Medidores por ultrasonido I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos (contin) En un caso la velocidad aparente del sonido se ve aumentada por la velocidad del fluido, mientras que en el otro se ve disminuida. Esta diferencia en tiempos es proporcional a la velocidad del fluido, y está determinada por la siguiente fórmula: V = - [(D/sen α . cos α)(tab-tba)] / (2tab.tba) Donde: V α

= =

D tab tba

= = =

Velocidad del fluido. Angulo de inclinación del haz de ultrasonido con respecto al eje longitudinal de la tubería. Diámetro interno de la tubería. Tiempo de viaje de la onda del punto a al b. Tiempo de viaje de la onda del punto b al punto a.

Medidores por ultrasonido I.- Medidor de ultrasonido por diferencia de tiempos. En este caso se dispone de uno o mas pares de transmisores-receptores de ultrasonido, colocados diametralmente opuestos, formando un ángulo (α) con el eje de la tubería. El principio de medición se basa en medir la diferencia en el tiempo que tarda en viajar una onda de ultrasonido aguas abajo, con respecto al tiempo que le toma en viajar aguas arriba. En los medidores de haz múltiple, se mide la velocidad del fluido en diversos planos y se obtiene un promedio. Este medidor opera con gases y líquidos, pero presenta mejor desempeño en gases.

II.- Medidor de ultrasonido por efecto Doppler. En este caso, se proyectan ondas de ultrasonido a lo largo del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido. El método está limitado por la necesidad de partículas en suspensión como burbujas o partículas sólidas en la corriente líquida, pero permite medir algunos caudales de fluidos difíciles, tales como mezclas gas-líquido, fangos, entre otros. Tienen las ventajas de que no poseen partes móviles, no añaden caída de presión ni distorsionan el modelo del fluido. Opera con gases y líquidos.

2.6. FLUXOMETRO DE ULTRASONIDO

Consta de unas Sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor. La placa piezocerámica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensión, generándose un

impulso ultrasónico que se propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una señal eléctrica. El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal que además necesita alimentación eléctrica. Hay dos tipos de medidores de flujo por ultrasonidos: •

DOPPLER: Miden los cambios de frecuencia causados por el flujo del líquido. Se colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos, burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido. •

TRÁNSITO: Tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del líquido. La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido que está siendo medido Tendremos dos señales que viajan por el mismo elemento, una a favor de la corriente y otra en contra de manera que las señales no llegan al mismo tiempo a los dos receptores. Se puede hallar una relación diferencial del flujo con el tiempo transmitiendo la señal alternativamente en ambas direcciones. La medida del flujo se realiza determinando el tiempo que tardan las señales en viajar por el flujo. Características • • • • • •

Temperatura ambiente 0º 55º Temperatura de almacenamiento -20º 150º Humedad